预应力纤维片材加固混凝土梁抗弯性能研究.pdf

第30卷，第3期C中HIN国ARA铁ILWA道YSC科IENC学EVo1．3ONo．3
2009年5月May，2009

文章编号：1001—4632(2O09)03—0138—03

·博士学位论文摘要·
预应力纤维片材加固混凝土梁抗弯性能研究

王兴国，周朝阳(博导)

(1．河南理工大学土木工程学院，河南焦作454000；2．中南大学土木建筑学院，湖南长沙410O75)

关键词：混凝土桥梁；预应力；局部加固；纤维片材；承载力；非线性分析；持续荷载；二次效应
中图分类号：TU375．1，TU746．3文献标识码：A

外贴轻质、高强、耐腐蚀的纤维增强聚合物略低于相同初载下的有粘结预应力加固梁的延性；
(Fiber-ReinforcedPolymer，FRP)片材加固技术，对于无粘结预应力加固梁而言，无初载的预应力加
对改善混凝土梁的抗弯性能有限，且片材强度利用固梁的位移延性要略优于负载时预应力加固梁。
率较低。因此，结合黏贴纤维片材加固技术和体外(3)对无粘结预应力FRP加固梁受荷全过程
预应力加固技术的优点，对钢筋混凝土梁采用外部进行非线性分析，编制相应的分析程序，分析结果
黏贴预张的纤维片材进行加固开展相关的试验研究与试验结果、三维通用有限元分析软件分析结果吻
和理论分析。主要内容和成果如下。合良好。通过数值分析考察预应力水平、片材截面
(1)对外贴预应力玻璃钢(GlassFiber-Rein-面积、加固梁混凝土强度、配筋率及既有荷载等因
forcedPolymer，GFRP)板加固混凝土梁进行试素对加固效果的影响。研究结果表明：梁内原有钢
验研究。探讨预应力水平和混凝土强度等参数对加筋截面面积对预应力FRP加固梁的受力性能影响
固梁弯曲性能的影响；推导预应力放张时GFRP最为显著，原配筋率越大(在适筋范围内)，梁的
板中正应力、胶层剪应力、跨中片材有效预应力以极限承载力越高，加固效果越不明显；保持其他因
及混凝土梁反拱等的表达式；提出加固梁的开裂弯素不变，仅增加片材的张拉应力改变梁的预应力
矩、屈服弯矩及极限弯矩计算方法。研究结果表度，梁承受的破坏荷载增大明显；仅增加片材截面
明：外贴预应力GFRP板加固混凝土梁能有效提面积，加固梁的承载力也会有所增大。
高混凝土梁的承载力，并且在一定预应力水平范围(4)对预应力片材加固梁的预应力损失进行探
内，预应力越大，混凝土强度越高，承载力提高越讨，测试短期预应力损失，给出各项损失的估算方
多；预应力放张瞬间引起的GFRP板应变变化及法。
混凝土梁反拱计算值与试验值符合良好；预应力加(5)推导有粘结预应力片材加固负载梁承载力
固梁的开裂荷载、屈服荷载及极限荷载的计算值与计算公式，试验梁的测试结果与计算结果吻合较
试验值吻合较好。好；分别基于粘结折减系数和“等效变形区长度”
(2)针对外贴预应力片材加固易发生剥离破坏的概念，对无粘结钢筋混凝土梁的有关公式进行修
的特点，采用端部带机械锚固的预应力碳纤维正，给出无粘结预应力纤维片材局部加固梁中预应
(CarbonFiber-ReinforcedPolymer，CFRP)板对力纤维片材应力增量计算式；提出不同破坏形态下
铁路桥梁大比例等效模型进行加固，重点考察片材体外预应力片材局部加固粱的正截面承载力公式，
有、无粘结和梁上有、无初始荷载等因素对预应力并进一步对体外无粘结预应力片材局部加固梁的设
加固梁性能的影响。研究结果表明：预应力片材加计方法进行研究，提出锚具至支座的最大距离表达
固可显著提高混凝土梁的开裂荷载、屈服荷载及极式，以确保破坏发生在加固区。无粘结预应力
限荷载；负载下无粘结预应力加固梁的位移延性要FRP加固梁弯曲承载力计算值与文中试验梁测试

收稿日期：2008—04—2O；修订日期：2009—02—05
基金项目：铁道部科技研究开发计划项目(o2Go43)；教育部博士点基金资助项目(20050533042)
作者简介：王兴国(1977一)，男，湖北襄樊人，讲师，博士。
第3期博士学位论文摘要139

结果吻合较好。说明了所推导公式的合理性。
(6)正常使用状态下，考虑体外无粘结预应力(7)采用体外预应力片材对京广线与石长线交
片材的二次效应，推导体外预应力局部加固混凝土汇处的晓峰桥进行加固，取得满意效果，表明该技
受弯构件的挠度计算公式。基于等效变形区长度，术可在不中断交通的情况下用于干线桥梁的快速加
给出体外预应力片材加固梁最大裂缝宽度的计算公固。
式。试验值和理论推导公式的计算值吻合较好，也

ResearchontheFlexuralBehaviorofConcreteBeams
StrengthenedwithPrestressedFRPLaminate
(AbstractofthePh．D．Disser